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（图纸+论文）旋转电弧传感器机械结构设计（全套完整）

由度。在实际机械结构中，球面副与球面副可以采用调心球轴承方便地实现。防转机构导电杆绕其自身轴线转动的局部自由度，称为导电杆的自转，会造成导电杆与焊丝之间的摩擦，大大减少导电杆的使用寿命，必须以个防转机构加以限制。由于导电杆需要偏心公转，防转挡块与导电杆之间不能够紧密接触，必须留有定间隙，但这样也造成了导电杆的自转无法完全约束的问题。本设计的解决办法如图所示，在导电杆高速公转时，导电杆自身由于挡块的限制而无法回转，而只能在小角度内作不确定的摆动，这就要求防转挡块能够承受导电杆的碰撞，并且最好是能够减振的。同时，防转挡块是与机架固定的，需要与导电杆绝缘。因此需要选用种冲击韧性高耐热绝缘的非金属材料作为防转挡块的材料，在本设计中，初步选定为聚四氟乙烯树脂。考虑到应尽量减小摆动量减小间隙，将防转挡块安装在紧靠点的位置。图防转机构挡块导电杆.总体结构设计旋转电弧传感器除了要实现电弧的旋转以外，与普通焊炬样，还需要实现冷却通入保护气体等功能。而其外形尺寸又受到严格限制。首先，外形般为圆柱形。这主要是为了适应在弧焊机器人手臂上的安装。其次，外径必须足够小，以达到定的焊接可达性。各功能部分的轴向分配基于上述考虑，本设计将各主要功能部件进行了划分，并沿轴向分配，如图所示，自左向右分别为上盖部分主腔体偏心机构腔冷却水腔保护气腔。图旋转电弧传感器各功能部分轴向分配上盖部分主要安装作为导电杆圆锥摆顶点的调心球轴承以及防转机构，其内径尺寸取决于轴承外径主腔体内主要安装空心轴电机与检测装置，其内径尺寸取决于空心轴电机外径以及检测装置外径偏心机构腔体内主要安装偏心机构，其内径尺寸取决于偏心机构的尺寸以及额定偏心量的大小冷却水腔用于导电杆的冷却，并需要保证保护气体顺利通过此腔体到达保护气腔保护气腔及其保护气罩则主要用于保证保护气体能够均匀通达电弧部分。转电弧传感器中不难发现，尽管其具有突出优点，但结构都较为复杂，这主要是由于在焊炬中必须包含电机偏心机构供水供气装置等功能部件，并且需要考虑绝缘与密封。结构简化的思路之是将各功能部件集成，但这又将使零件难于制造。另种简化结构的方案是以电磁感应方式使电弧旋转，取代电机驱动。目前这种方式的电弧传感器正在研制当中，已有部分定性研究成果以论文专利的形式公布。.课题任务本设计采用二维设计方式进行，使用软件绘制旋转电弧传感器的装配图。同时，本设计任务要求对各零件进行详细的设计，保证旋转电弧传感器的顺利装配与正常使用。课题设计主要内容.电弧旋转方案的选定空心轴电机在上文所述众多电弧旋转方案中，空心轴电机驱动的旋转电弧传感器具有结构简单传动损耗小电机功耗低焊枪小巧灵活机械振动小焊接可达性好等优点，是当今旋转电弧传感器的主要研究方向。本设计同样采用空心轴电机作为电弧旋转的动力源。由于当时市场上满足要求的成品难于找到，重新设计订货生产的成本高周期长，因此依旧沿用在Ⅱ研制过程中采取的选择合适电动机改装的方法。普通直流电动机换向片处直径小且转子上有绕组，限制了轴空的扩大直流力矩电动机转子和换向片处直径较大，但转速过小，且成本较高，不适合用于旋转电弧传感器。普通轴流风机用单相交流电动机的转子无换向片，鼠笼式结构，转子可以方便地钻孔扩孔，电机轴本身即是空心轴，原本是用于安装风扇，使气流通过空心轴。这些条件都使普通轴流风机用单相交流电动机成为旋转电弧传感器空心轴电机改装最为合适的原型电机。由于导电杆与电机之间应该绝缘，用以保证焊接电流不影响电机的正常工作，空心轴电机的轴内壁不能与导电杆接触。考虑导电杆的最大外径为不包括安装轴承用的轴肩部分，以及偏心量因素，并且充分考虑空心轴内径扩大致使机构尺寸扩大这因素，确定空心轴内径为。参考若干种现行的轴流风机轴流泵及空心轴电机的几何尺寸与工作参数，设计出通过改型加工可以获得并适用于本设计的空心轴电机，如图所示。该电机采用小型轴流泵用电机改制，外径，厚度，空心轴内径，外径，长度根据装配要求而定，额定转速，额定电压，额定功率。图空心轴电机示意图空心轴轴承Ⅰ端盖Ⅰ定子外壳转子端盖Ⅱ轴承Ⅱ运动机构设计在选定空心轴电机之后，运动机构的基本形式可确定为如图所示，在空心轴电机驱动下，导电杆部件以为顶点，以电机轴线为中心线，做圆锥摆动，称为导电杆的公转。图机构运动示意图计算机构自由度其中，虚此外，双丝并列方式与摆动扫描方式还存在着个共同的缺陷，即在焊接路径非直线时，需要对其并列方向或摆动方向进行修正，如图所示，并且修正值必须在焊接前预设，这明显降低了焊接的自动化程度，尤其是当焊接路径曲线较为复杂时，修正将带来额外的误差，并直接影响焊接的质量。图摆动扫描方式的摆动方向修正旋转电弧传感器的原理.旋转电弧传感器概述旋转扫描方式主要是针对摆动式扫描频率低的缺点提出的种新的电弧扫描方式。在此方式中，电弧和焊丝的伸出端围绕焊炬中心线作圆周运动，其电弧轨迹如图所示。当电弧旋转的速度与电弧行走速度焊速之比足够大时，这种运动可以认为是电弧在垂直于焊缝的方向上的扫描，与摆动扫描的作用相似。图旋转扫描方式下的电弧轨迹示意图采用旋转扫描方式工作的电弧传感器称为旋转电弧传感器。旋转电弧传感器是种特殊的焊枪，在结构上虽比摆动式电弧传感器复杂，但具有突出的优越性高速旋转增加了焊枪位置偏差的检测灵敏度，极大地提高了跟踪精度高速旋转提高了快速响应特性，适用于高速焊接和薄板搭接的焊缝跟踪，在弧焊过程自动控制领域占有重要的地位。.旋转电弧传感器的国内外发展情况和应用现状旋转电弧焊是年苏联研究成功的，但进行这种焊接所用的焊机直到年代才出现。焊机包括电源高频引弧或辅助电极引弧装置﹑夹具电极激磁线圈和加压机构液压机械或手动加压等部分。影响焊接质量的主要工艺参数有电功率磁场强度管子装配间隙电弧旋转速度和时间顶锻力和顶锻速度。旋转电弧焊的生产效率较高，与闪光对焊见电阻焊和摩擦焊相比，设备体积耗电量坯料损耗焊缝毛刺等都小得多。旋转电弧传感器在实际生产中的应用首见于日本公司关于窄间隙焊接的报道中。虽然这种技术在公司的船舶锅炉及结构生产中得以应用，且取得了显著的成效，但是由于这种旋转机构较复杂体积大振动大调节不方便，因此限制了其在实际生产中的广泛应用。研究与应用表明，旋转方案的选定是旋转电弧传感器实现其突出功能的关键。日本公司的窄间隙焊接首先使用的是野村博的导电杆转动方案，如图所示。该方案中，用电动机驱动导电杆转动，利用导电嘴上的偏心孔使焊丝端头和电弧旋转。由于导电杆是处于高速转动状态。焊接电缆与导电杆之间无法直接相连，需要有个类似电刷的石墨滑块将数百安培的焊接电流传送到导电杆上。这对于焊炬的设计加工和寿命都是不利的。并且，由于导电杆和导电嘴转动而通过导电嘴的焊旋转,电弧,传感器,机械,结构设计,毕业设计,全套,图纸目录引言.选课的依据和意义.当代焊缝跟踪传感器附加式传感器概述电弧传感器概述.电弧传感器工作原理电弧传感器的基本原理旋转电弧传感器的原理.课题任务课题设计主要内容.电弧旋转方案的选定空心轴电机运动机构设计防转机构.总体结构设计各功能部分的轴向分配径向空间的分配.导电杆部件的设计导电杆部件的总体设计轴承的选用与安装.检测装置的选定与安装电弧扫描位置与转速的检测方法分体式安装的旋转编码器.偏心机构的设计偏心方案的确定偏心机构的平衡.外壳的设计外壳总体设计通水方式通气方式.绝缘与密封设计绝缘设计密封设计.其它零部件的设计集线盖与接地装置安装设计修配方案设计.设计参数结论.课题设计过程总结.课题设计的缺陷与后续工作参考文献致谢附录引言.选课的依据和意义现代焊接诞生至今仅百余年，但已显示出生命力，焊接在近代工业的发展中发挥了不可替代的重要作用。焊接不仅是种重要的基础工艺，而且已发展成为种新兴的综合工业技术。它广泛应用于造船压力容器制造，石油化工等钢结构制造领域。从种意义上讲，工业先进的国家莫不以焊接技术先进作为其现代化的显著标志之。焊接技术在国民经济中日益重要的作用，也是当代焊接技术发展的个重要特点。然而，传统手工焊接对操作人员的技术要求高，并且在操作过程中往往对操作人员的身体产生不可避免的危害。因此，自动化控制焊接过程应运而生。人们设计开发了各种焊接传感器以满足日益提高的焊接质量要求。在长期的生产实践中，旋转电弧传感器脱颖而出。然而，旋转电弧传感器仍然存在减振小型化等问题期待解决。此外，诸如偏心方式冷却方式密封绝缘等设计问题也亟待更为完善的方案。在本课题中，旋转电弧传感器的小型化设计需求，要求设计人员必须在有限的机构空间内实现各功能部件的合理分配。.当代焊缝跟踪传感器焊接是个结合了光电热力的综合加工过程，在焊接过程中产生的热量会使焊接工件产生较大的热变形，从而产生焊接位置偏差。为了克服这种偏差的影响，目前有种方法，其是采用夹具定位，普通的夹具无法满足要求，为了确保精度，必须采用更为精确的夹具。方法之二是采用传感器进行焊缝跟踪，通过比较发现，采用跟踪的方法比采用精确的夹具经济得多。所以焊缝自动跟踪是焊接自动化的关键之。焊接传感器根据传感方式的不同可以分为附加式传感器和电弧传感器两大类。附加式传感器概述附加式传感器是目前焊缝跟踪传感器的常用形式，即在焊炬上固定个附加的机械电磁或光学装置，用于检测焊缝的相对位置。其原理特点分述如下接触式传感器。典型的接触式传感器依靠在焊缝坡口中滑动或滚动的触指将焊炬与焊缝之间的位置偏差反映到检测器内，并利用检测器内装的微动开关判断偏差的极性。般应用于长直焊缝的单层焊及角焊。此方法结构简单，操作方便，缺点是对不同形式的坡口需要不同形式的探头探头磨损大，易变性不适于高速焊接。电磁传感器。适用于对接搭接和角焊，其体积较大，使用灵活性差，且对磁场干扰和工作装配条件比较敏感。般应用于对精度要求不甚严格的场合。光学传感器。光学传感器近年来有了很大发展，其装置的种类和原理的门类很多，根据其检测原理对象光源种类等因素，大致可以分为单点光电式光切割图像处理方式光电扫描式焊缝直观图像处理方式跟踪传感器。光学传感器精度高再现性好，不仅可以用于焊缝跟踪，而且可以用于检测坡口形状宽度和截面，为焊接参数的自适应控制提供依据。因此，光学传感器是焊缝跟踪系统中比较理想的传感器形式。电弧传感器概述虽然附加式传感器具有诸多优点，但是这类传感器都在焊炬上固定个附加的机械电磁或光学装置，用于检测焊缝的相对位置，其共同的问题就是传感器与电弧是分离的，有复杂的附加装置，应用起来不方便，效果也不够理想。而电弧传感器利用电弧本身作为传感器，根据焊接电弧的基本特性提取焊接过程中的电流或电压变化量作为传感器信号。因此，与附加式传感器相比，电弧传感器有其独特的优势。与其他传感器相比，电弧传感器具有以下优点检测点就是焊接点，不存在传感器先行的问题，是完全实时的传感器。焊接机头周围不需要装备其他特别的装置，焊枪的可达性好。由于电弧本身作为传感器，所以不受焊丝弯曲和磁偏吹等引起电弧偏移的影响。不仅可以跟踪传感，保证焊接参数的稳定，而且还可以改善焊缝的成形效果。抗光电磁热的干扰，使用寿命长。目前电弧传感器作为种焊接传感手段倍受各国重视，国外许多焊接设备研究和制造机构都在努力开发这领域。工业发达国家起步较早，已研制多种电弧扫描形式的电弧传感器，如双丝并列摆动和旋转等，适合于埋弧焊和等不同的焊接方法。有些已成功地应用于焊接生产。早期的电弧传感器多采用摆动式，后来又开发了双丝并列的电弧传感器和旋转电弧传感器。下面，将对电弧传感器，尤其是旋转电弧传感器的工作原理进行较为详细的介绍。.电弧传感器工作原理电弧传感器的基本原理.电弧